Отопительно-вентиляционный агрегат

 

Сущность изобретения: привод вентилятора выполнен в виде парожидкостного двигателя. Парожидкостный канал и холодильник выполнены в виде двух коаксиально расположенных труб, установленных вертикально. Нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе с образованием канала U-образной формы, нижний конец наружной трубы - к нагнетательной трубе меньшего-сечения с образованием канала U-образной формы. Верхний участок внутренней трубы имеет форму усеченного конуса с отверстием, расположенным на входе в испаритель. В камере над жидкостью размещены рабочее колесо турбины , выходной вал которой соединен через редукторе валом вентилятора. К камере герметично подключен выходной участок нагнетательной трубы в виде усеченного конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти рабочего колеса турбин .Наружная поверхность теплообменника размещена в потоке воздуха , подаваемого на нагрев. Каналы контура двигателя заполнены смесью рабочих жидкостей , кипящих при разных т-рах, т-ры кипения которых выше макс, возможной т-ры окружающей среды. Часть обьема испарителя заполнена неконденсирующимся га.зом. 1 ил. ел С

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 F 24 Н 3/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство ссср (ГОСПАТЕНТ СССР)

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902632/29 (22) 16.01.91 (46) 28.02,93, Бюл. N 8 (75) И.Т.Атманов (56) Отопление и вентиляция, ч.ll. Вентиляция. / Под ред. В.Н.Богословского, M.;

Стройиздат, 1976, с.329, рис. ХХЛ, (54) ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ

АГРЕ ГАТ (57) Сущность изобретения. привод вентилятора выполнен в виде парожидкостного двигателя. Парожидкостный канал и холодильник выполнены.в виде двух коаксиаль- . но расположенных труб, установленных вертикально. Нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе с образованием канала U-образной формы, нижний конец наружной трубы — к нагнетательной трубе меньшего сечения с образоИзобретение относится к теплотехнике, а более конкретно к отопительно-вентиляционным агрегатам, предназначенным для использования. в системах воздушного отопления.

Целью изобретения является расширение области применения, экономия электрической энергии и повышение энергетической эффективности.

На фиг.1 изображена принципиальная схема отопительно-вентиляционного агрегата с приводом от парожидкостного двигателя, Отопительно-вентиляционный агрегат содержит теплообменник 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками для греющего теплоносителя и вентилятор 4 с приводом для прокачки нагревательного воздуха. Привод выполнен в виде парожидкостного дви Ы „, 1798606 А1 ванием канала 0-образной формы. Верхний участок внутренней трубы имеет форму усеченного конуса с отверстием, расположенным на входе в испаритель. В камере над жидкостью размещены рабочее колесо турбины, выходной вал которой соединен через редуктор с валом вентилятора. К камере герметично подключен выходной участок нагнетательной трубы в виде усеченного конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти рабочего колеса турбин, Наружная поверхность теплообменника размещена в потоке воздуха, подаваемого на нагрев, Каналы контура двигателя заполнены смесью рабочих жидкостей. кипящих при разных т-рах, т-ры кипения которых выше макс. возможной т-ры окружающей среды, Часть объема испарителя заполнена неконденсирующимся газом. 1 ил. гателя, включающего последовательно соединенные испаритель 5, парожидкостной адиабатический канал 6 и холодильник 7.

Испаритель 5 размещен в камере 8, подключенной к подводящему патрубку 2 теппообменника 1, и выполнен в виде Со цилиндрической полости 9, на цилиндриче- О ской поверхности которой установлены по- С) лые поперечные ребра 10, полости которых О сообщаются с цилиндрической полостью 9, а их стенки 11 в исходном напряженном состоянии примыкают друг к другу. Внутренняя поверхность испаритепя 5 покрыта капиллярно-пористым материалом, а парожидкостной канал 6 и холодильник 7 выпопнейы в виде двух коаксиа lbHo расположенных труб, установленных вертикально, причем нижний конец внутренней трубы 12 подсоединен ко всасываю1798606

15

35

50 щей трубе 13 с образованием канала U-образной формы, а нижний конец наружной .трубы 14 подсоединен к нагнетательной трубе 15 меньшего сечения также с образованием канала U-образной формы, при этом верхний участок 16 внутренней трубы 12 имеет форму усеченного конуса, отверстие в вершине которого расположено на входе в испаритель 5, а на цилиндрической поверхнбсти трубы под.основанием конуса 16 выполнены отверстия 7, причем верхняя часть всасывающей трубы 13 подключена к основа йию камеры 18, частично заполненной неконденсирующимся газом 19, в которой над жидкостью размещено рабочее колесо 20 турбины, выходной вал 21 которой соединен через редуктор 22 с валом 23 вентилятора 4.

К камере 18 герметично подключен выходной участок 24 нагнетательной трубы 15 в виде усеченного конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти 25 рабочего колеса 20 турбины. Наружная теплообменная поверхность холодильника

7 размещена в потоке воздуха, подаваемого на нагрев в теплообменник 1, Каналы контура парожидкостного двигателя заполнены смесью по крайней мере двух рабочих жидкостей, кипящих при разных температурах, температуры кипения которых выше максимально возможной температуры окружающей среды, при этом часть объема испарителя заполнена неконденсирующимся газом, Отопительно-вентиляционный агрегат с приводом от парожидкостного двигателя работает следующим образом.

Перед началом работы паро>кидкостной двигатель заправляется смесью рабочих жидкостей, а в испаритель 5 и камеру 18 вводится неконденсирующийся газ. Затем в отопительно-вентиляционный агрегат по подводящему патрубку подается греющий теплоноситель, например, в виде горячей воды, который проходя через камеру 18, пе-, редает часть теплоты через теплообменник поверхности испарителя 5 рабочему телу двигателя в виде паровой смеси и жидкости.

Жидкость рабочего тела закипает, а неконденсирующий газ нагревается, что приводит к увеличению в нем давления парогазовой смеси. Под действием давления парогазовой смеси рабочая жидкость перемещается по внутренней трубе 12 и межтрубному пространству и поступает соответственно во всасывающую 13 и нагнетательную 15 трубы. Поскольку диаметр внутренней трубы 12 значительно меньше диаметра камеры 18., а диаметр наружной трубы 14 значительно больше диаметра нагнетательной трубы 9, подъем жидкости в нагнетательной трубе 9 будет существенно выше; чем в камере 18, В результате, замыкание конца нагнетательной трубы 15 на всасывающую 13 через камеру 18 и турбину с рабочим колесом 20 обеспечивает, во-первых, преобразование кинетической энергии струи жидкости в крутящий момент на валу

21 рабочего колеса 20 турбины, во-вторых, циркуляцию рабочей жидкости в контуре парожидкостного двигателя и, в-третьих, насыщение рабочей жидкости неконденсирующимся газом при ударе струй жидкости, выходящих из межлопаточных промежутков рабочего колеса 20 турбины, о ее поверхность в камере 18, при котором происходит захват жидкой струей неконденсирующегося газа, причем размещение камеры 18 в наиболее холодной части контура двигателя позволяет обеспечить максимальное насыщение рабочей жидкости неконденсирующимся газом.

Процесс расширения парогазовой смеси над жидкостью в парожидкостном канале, как показали исследования на стеклянных моделях, протекает по принципу затопленных парогазовых струй с образованием в жидкости в конце рабочего хода парогазовых пузырьков, и образованием значительного прогиба поверхности жидкости на границе раздела фаз с увеличением площади этой поверхности. Это позволяет интенсифицировать процесс конденсации отработанного пара в конце рабочего хода за счет увеличения теплообменной поверхности между паром и жидкостью при образовании конуса конденсации и парогазовых пузырьков. Интенсификация процесса конденсации отработанного пара ускоряет этот процесс и обеспечивает более полную конденсацию отработанного пара. При этом часть образовавшихся пузырьков будет уноситься с жидкостью в нагнетательную трубу

15, а из нее в камеру 18. При выполнении стенок 11 полых поперечных ребер 10 испарителя 5 упругими первоначальный объем этих полостей равен нулю, а по мере повышения давления рабочего тела стенки ребер будут изгибаться, увеличивая объем этих по- лостей, а следовательно и теплообменную поверхность испарителя 5. При понижении давления рабочего тела в испарителе 5 в конце рабочего хода стенки ребер 10 возвращаются в первоначальное состояние, уменьшая мертвый обьем двигателя до минимума, то есть до размеров цилиндрической полости 9 испарителя 10, обеспечивая, кроме уменьшения мертвого объема двигателя, возможность преобразования вытесненной из полостей ребер 10 испарителя 5 парогазовой смеси в дополнительную рабо1798606 ту по перемещению рабочей жидкости в процессе рабочего хода, что повышает термодинамическую эффективность цикла предложенного двигателя. Капиллярно-пористое покрытие на внутренних поверхностях испарителя 5 улучшает подвод жидкости фазы к теплообменным поверхностям, что приводит к интенсификации теплообмена и к улучшению процесса парообразования. После конденсации отработанного пара, охлаждения неконденсирующегося газа и отвода тепла от рабочей жидкости в холодильнике 7, завершаются процессы рабочего хода. Как только давление парогазовой смеси в рабочем объеме за счет конденсации отработанного пара и перехода части газа в жидкость в виде пузырьков станет ниже, давления в камере, начнется обратное движение жидкости в обоих U-образных каналах в сторону испарителя 5.

При обратном ходе жидкости во внутренней трубе 12, насыщенная неконденсирующимся газам, будет двигаться со значительно большей скоростью, чем в межтрубном пространстве. Поскольку эта жидкость является более холодной, чем жидкость в межтрубном пространстве, то при своем движении в сторону испарителя 5 она будет отбирать тепло от жидкости, движущейся в межтрубном пространстве. обеспечивая процесс регенеративного подогрева рабочей жидкости во внутренней трубе 12, движущейся в сторону испарителя

5, Нагрев насыщенной неконденсирующимся газом жидкости сопровождается выделением из нее газа в виде пузырьков и испарением в них пара, за счет чего пузырьки будут увеличиваться в размерах. Использование в качестве рабочей жидкости смеси двух жидкостей с разными температурами кипения усиливает процесс парообраэования в пузырьки эа счет низкокипящей составляющей рабочей. жидкости, обеспечивая более глубокую регенерацию тепла отработанного пара. На определен-. ной высоте парожидкостнаго канала температуры жидкостей в межтрубном пространстве и во внутренней трубе 12 сравняются. При понижении давления рабочего.тела пузырьки смеси неконденсирующихся газов является очагами испарения в них окружающей рабочей жидкости и аккумулируют ее тепловую энергию. Йспарение рабочей жидкости в объем пузырьков сопровождается ее охлаждением, в результате чего уменьшается количество епла. передаваемого от рабочего тела окружающей среды в холодильнике 7. Таким образом. в предложенном двигателе осуществляется двухступенчатая регенерация отработанного тепла, чта существенно повышает его термодинамическую эффективность по сравнению с прототипом. После того как рабочая жидкость с парогазавыми пузырьками, движущимися по внутренней . трубе 12, достигнет конического участка 16 с отверстием в вершине и пад ега аснаванием, часть ее через отверстие в вершине в виде расширяющегося расплавленного по10 тока поступает на теплаабменные паверхности испарителя 5, а другая ее часть вместе с пузырьками будет попадать в межтрубное пространство и затем смешиваться с рабочей жидкостью, находящейся в ней. Пароаб15 разование жидкости на теплаобменной поверхности испарителя 5 приведет к повышению давления парогазовой смеси в рабочем объеме, в результате чего произойдет

20 упругая деформация стенок 11 полых поперечных ребер 10 испарителя 5, чта приведет к многократному увеличению теплаобменной поверхности испарителя 5. Кроме этого, повышение давления в рабочем объеме приведет к концентрации пузырьков у границы раздела фаз в межтрубнам пространстве пси приближении жидкого поршня к испарителю 5 и их несимметричному схлапыванию с образованием высокоскоростных

ЗО струй из окружающей пузырьки жидкости, нагреваемой в процессе их. схлопывания, Механизм образования таких струй подрабно рассмотрен в работах. Эти струи практически мгновенно попадают в испаритель 5 и распределятся па всей теплообменной поверхности. Возможно также, что при движении рабочей жидкости k испарителю 5 часть

35 ее, насыщенная парагазавыми пузырьками раниченнае, дозированное количество жидкости, которая полностью испаряется на теплообменных поверхностях испарителя 5

Жидкий поршень при обратном ходе останавливается у входа в испаритель 1 из-за резкого увеличения давления в рабочем объеме в результате описанных выше процессов, чта существенно уменьшает необра45 тимыв потери на нагревание жидкости и последующего отвода этого тепла без совершения работы. Перед входом в испари50 тель 5 пузырьки сжимаются с повышением термадинамическаго потенциала их содержимого, которое выбрасывается из жидкого поршня в испаритель 5 с образованием брызг и струй, возвращая тем самым в зону нагрева парагазавую смесь повышенного патенциала для повторного использования, а также дозированное количество жидкости.

Унас из рабочего объема с пузырьками нев виде пены, войдет в испаритель 5. Однако, 40 в обоих случаях в испаритель попадает or1798606

30

50

7 конденсирующегося газа в процессе рабочего хода компенсируется постоянным подводом такого же количества неконденсирующегося газа в рабочий объем с" жидкостью, насыщенной этим газом, подаваемой по внутренней трубе 8 во время обратйого хода; что позволяет поддерживать в рабочем объеме постоянное количество неконденсирующегося газа, Это позволяет существенно повысить устойчивость и надежность работы двигателя, а отсутствие обратных клапанов в контуре двигателя обеспечивает дополнительное повышение его йадежности. Вращение вала . 21 турбины через редуктор 22 передается на —, вал 23 вентилятора 4, обеспечивая его вращение, который подает воздух в теплообменник 1 для нагревания. Поток воздуха, подаваемый вентилятором 4 в теплообменник 1, проходит сначалачерез теплообменные поверхности холодильника 7, обеспечивая предварительный его нагрев перед поступлением в теплообменник 1. То есть, тепло, сбрасываемое из парожидкостного двигателя, используется полезно для нагрева .воздуха, подаваемого в систему воздушного отопления, Таким образом, предложенная схема включения испарителя 5 и холодильника 7 парожидкостного двигателя обеспечивает 100% использование тепла, отбираемого из магистрали греющего теплоносителя.

Таким образом, выполнение привода вентилятора отопительно-вентиляционного агрегата в виде парожидкостного двигателя с указанным размещением испарителя и холодильника позволяет испольэовать его в пожароопасных помещениях, что расширяет область его применения. Кроме этого, для работы такого привода используется теплота г6рячего тейлоносителя, подаваемого в теплообменник для нагрева приточного воздуха, что.позволяет использовать его в местах с ограниченнйм источником электрической энергии; а высокая эффективность парожидкостного двигателя делает предложенный отопительно-вентиляционный агрегат компактным, надежным и эффективным.

Формула изобретения

Отопительно-вентиляционный агрегат, содержащий теплообменник с подводящим и отводящим патрубками для греющего теплоносителя и вентилятор с приводом для прокачки нагреваемого воздуха, о т л и ч а юшийся тем, что привод вентилятора выполнен в виде парожидкостного двигателя, включающего последовательно соединенные испаритель, парожидкостной адиабатический канал и холодильник, при этом испаритель размещен в камере, подключенной к подводящему патрубку теплообменника,.и выполнен в виде цилиндрической полости, на цилиндрической поверхности которой установлены полые поперечные ребра, полости которых сообщаются с цилиндрической полостью, а их стенки в исходном ненапряженном состоянии примыкают одна к другой, причем внутренняя поверхность испарителя покрыта капиллярно-пористым материалом, а парожидкостной канал и холодильник выполнены в виде двух коаксиально расположенных труб, установленных вертикально, причем нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе с образованием канала V-образной формы, а нижний конец наружной трубы подсоединен к нагнетательной трубе меньшего сечения также с образованием канала V-образной формы, при этом верхний участок внутренней трубы имеет форму усеченного конуса с отверстием, которое расположено на входе в испаритель, а на цилиндрической поверхности трубы под основанием конуса выполнены отверстия, причем верхняя часть всасываю eÀ трубы подключена к основанию камеры, частично . заполненной

35 неконденсирующимся газом, в которой над жидкостью размещено рабочее колесо турбины, выходной вал которой соединен через редуктор с валом вентилятора, при этом к камере герметично подключен выходной участок нагнетательной трубы в виде усеченного конуса, отверстие. в вершине которого направлено на лопасти рабочего колеса турбины; наружная поверхность теплообменника размещена в потоке воздуха, подаваемого на нагрев в теплообменник, а каналы контура парожидкостного двигателя заполнены смесью по крайней мере двух рабочих жидкостей, кипящих при разных. температурах, температуры кипения которых выше максимально возможной температуры окружающей среды, при этом часть обьема испарителя заполнена неконденсирующимся газом.

1798606

Составитель И,Атманов

Техред М.Моргентал Корректор M Самборская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 764 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5